綠色節(jié)能技術(shù)在公共建筑玻璃幕墻設(shè)計中的應(yīng)用研究＊

李孟冰，蔡雪菲

（廣州華商職業(yè)學(xué)院智能工程學(xué)院，廣東 廣州 511300）

習(xí)近平總書記在全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會上強(qiáng)調(diào)指出：“走綠色低碳循環(huán)發(fā)展之路是適應(yīng)人民群眾對綠水青山期盼的必然要求，更是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇?！爆F(xiàn)代城市的迅速發(fā)展，使當(dāng)今人類面臨著巨大的環(huán)境污染和能源消耗。建筑作為目前最主要的環(huán)境污染和消耗能源行業(yè)，其可持續(xù)發(fā)展的研究逐漸增多，綠色建筑成為建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

隨著城市建筑的不斷發(fā)展與變化，玻璃幕墻作為公共建筑一種外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)，其以獨特的通透性及美觀性越來越受建筑行業(yè)的青睞，得到十分廣泛的應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，玻璃幕墻的種類與技術(shù)也在不斷改進(jìn)更新，因此，如何提高玻璃幕墻的環(huán)保節(jié)能作用，解決玻璃幕墻采暖與制冷能耗較高的現(xiàn)象，已成為建筑工程玻璃幕墻設(shè)計與施工亟待解決的實際問題。

1 玻璃幕墻節(jié)能概述

1.1 玻璃幕墻的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國家建筑節(jié)能的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其透明玻璃幕墻的熱工性能要求與窗相同。傳熱系數(shù)K值與遮陽系數(shù)Sc值應(yīng)根據(jù)其在外墻上所占的面積比例確定，以夏熱冬暖地區(qū)（如廣州）為例，其關(guān)系如表1所示。

表1 夏熱冬暖地區(qū)單一朝向的透明玻璃幕墻傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)

從表1中可得，透明玻璃所占的面積與其傳熱、遮陽系數(shù)成反比。但標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，透明玻璃的面積不得大于所在外墻面積的70%。在公共建筑中，一般采用玻璃幕墻的單一立面，其窗墻面積比大于或等于0.4，從表1可以得出，其透光幕墻的傳熱系數(shù)一般小于3.0。

1.2 節(jié)能玻璃幕墻的材料選擇

面板材料是玻璃的建筑幕墻稱為玻璃幕墻。根據(jù)玻璃幕墻的定義，玻璃幕墻中的玻璃幾乎占據(jù)了立面的全部面積，墻體參與熱交換的面積較大，因此，玻璃材料的選擇是幕墻節(jié)能的關(guān)鍵。近年來，隨著國家對綠色節(jié)能技術(shù)的重視，公共建筑中出現(xiàn)了各種與節(jié)能相關(guān)的玻璃幕墻材料[1]。

1.2.1 熱反射鍍膜玻璃

熱反射鍍膜玻璃又稱為陽光控制鍍膜玻璃，是在其表面鍍金屬或金屬化合物膜，它對太陽光具有反射作用。在建筑玻璃幕墻中，熱反射鍍膜玻璃能夠在一定程度上降低玻璃遮陽系數(shù)，控制太陽熱輻射，以達(dá)到節(jié)能的效果。尤其是在夏季光照強(qiáng)的地區(qū)，使用熱反射鍍膜玻璃能夠更有效地減少室內(nèi)的太陽熱輻射，隔熱效果非常明顯，而且能夠減少整體用電量，從而達(dá)到節(jié)能減排的作用。但其在無陽光的情況下，隔熱效果一般，因此熱反射鍍膜玻璃不適用于寒冷地區(qū)。

1.2.2 LOW-E玻璃

LOW-E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。與普通玻璃相比，LOW-E玻璃具有優(yōu)異的熱性能和良好的光學(xué)性能，使其在發(fā)達(dá)國家得到非常廣泛的應(yīng)用，目前在中國市面上也得到大力開發(fā)及推廣。LOW-E鍍膜中空玻璃屬于一種較好的節(jié)能采光材料，它能夠降低玻璃太陽得熱系數(shù)，并具有較高的太陽能透射，達(dá)到非常低的“U”值，使其有效提升節(jié)能性。并且，由于鍍膜的效果，LOW-E玻璃反射的熱量回到室內(nèi)，使得窗玻璃附近的溫度較高，人在窗玻璃附近也不會感到太大的不適。而應(yīng)用LOW-E窗玻璃的建筑其室內(nèi)溫度相對較高，因此在冬季可以保持相對高的室內(nèi)溫度，而不結(jié)霜，這樣在室內(nèi)的人也會倍感舒適。LOW-E玻璃可以阻擋少量的紫外線透射，對防止室內(nèi)的物品褪色略有幫助。整體來說，以節(jié)能角度出發(fā)，LOW-E玻璃的功能基本能夠覆蓋熱反射鍍膜玻璃，其應(yīng)用更為廣泛。

1.2.3 中空玻璃

中空玻璃是一種具有良好的隔音隔熱性能，并能夠在一定程度上降低建筑物自重，且有一定美觀性的新適用型材料。它是用2片（或3片）玻璃，使用高強(qiáng)度、高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將玻璃片與內(nèi)含干燥劑的鋁合金框架粘結(jié)，制成的高效能隔音隔熱玻璃。與普通雙層玻璃相比，中空玻璃內(nèi)部的氣體是干燥的，使中空玻璃各方面的性能更加優(yōu)越，除了能夠隔音隔熱，還具有防結(jié)露、降低冷輻射、防目眩及增強(qiáng)玻璃的安全性等多方面功能，因此，中空玻璃的使用也較為廣泛。

健康意識、信任度、信息來源三個變量，都是采用李克特五級量表進(jìn)行測算，分值越高表示越信任。其中信任度變量還包括政府能力信任、專家信任、企業(yè)品牌信任三個二級類目。信息來源變量包括專業(yè)醫(yī)務(wù)工作者、專家學(xué)者、親朋好友、媒體廣告、企業(yè)品牌五個二級類目。

1.2.4 真空玻璃

真空玻璃是一種新型玻璃深加工產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)與中空玻璃相似，但真空玻璃空腔內(nèi)的氣體非常稀薄，幾乎接近真空，且真空玻璃的2片一般至少有1片是低輻射玻璃，這樣就將通過真空玻璃的傳導(dǎo)、對流和輻射方式將散失的熱量降到最低。與中空玻璃相比，真空玻璃性能相對更加優(yōu)異。真空玻璃具有超凡的隔熱保溫性能，使其在夏季冷氣不易外流、冬季暖氣不易外逸，能夠減少供暖和空調(diào)使用的費(fèi)用，節(jié)約能源。另外，真空玻璃比中空玻璃要薄，可節(jié)省安裝空間和窗框材料。但真空玻璃的價格相對中空玻璃要貴，因此，可根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

2 節(jié)能玻璃幕墻的設(shè)計原則

建筑玻璃幕墻要達(dá)到節(jié)能，需考慮其采光和遮陽性、氣密性能、通風(fēng)換氣等。因此，其節(jié)能設(shè)計應(yīng)符合科學(xué)性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性原則，需綜合多方面因素進(jìn)行，具體包括：①在設(shè)計玻璃幕墻時，應(yīng)充分考慮其選材、選型、構(gòu)造等諸多因素，根據(jù)窗墻面積比、玻璃的傳熱系數(shù)、型材傳熱系數(shù)等綜合考慮后確定。②中國環(huán)境差異較大，不同氣候和地區(qū)，其節(jié)能玻璃幕墻的設(shè)計原則不同。在嚴(yán)寒、寒冷或溫和地區(qū)，為提高玻璃幕墻的節(jié)能性，要注重冬季的保溫設(shè)計；在夏熱冬冷或夏熱冬暖地區(qū)，為提高玻璃幕墻的節(jié)能性，要注重夏季的隔熱設(shè)計。③目前，中國還尚未出臺專門的幕墻熱工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，幕墻熱工設(shè)計應(yīng)依據(jù)國家現(xiàn)行的GB 50176—93《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》、JGJ 26—95《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》和JGJ 134—2001《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等來進(jìn)行設(shè)計[2]。

3 公共建筑玻璃幕墻綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

近年中國經(jīng)濟(jì)增長快速，國家大力推動綠色發(fā)展，人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，玻璃幕墻采用綠色節(jié)能玻璃幕墻技術(shù)的建筑逐漸增多。在中國《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定，國家公共建筑必須要依照國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，該標(biāo)準(zhǔn)有利于引導(dǎo)和規(guī)范中國公共建筑的節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計，其中明確規(guī)定中國公共建筑玻璃幕墻應(yīng)采用有節(jié)能功能的玻璃。緊跟國家政策，目前在國內(nèi)公共建筑玻璃幕墻中出現(xiàn)了一批使用節(jié)能技術(shù)的項目，其節(jié)能技術(shù)的使用也越來越成熟。

3.1.1 玻璃幕墻的氣密性能、遮陽性能

在設(shè)計玻璃幕墻時，通過設(shè)置完善的遮陽系統(tǒng)、改進(jìn)玻璃幕墻的氣密性能，可以在一定程度增加建筑玻璃幕墻的節(jié)能性。

首先，嚴(yán)格控制玻璃幕墻的氣密性等級，根據(jù)玻璃幕墻的墻面面積，做好氣密性能檢測。為進(jìn)一步提高玻璃幕墻的氣密性能，應(yīng)做好玻璃幕墻的面板間隙密封措施，在選擇密封條上嚴(yán)控把關(guān)，盡量選用彈性好、耐久的密封條或密封膠密封[3]。目前，在建筑玻璃幕墻工程項目中使用較多的密封膠條有橡膠密封膠條、硅酮耐候膠等，在實際選取時應(yīng)綜合考慮后進(jìn)行選取。

另外，設(shè)置完善的玻璃幕墻遮陽系統(tǒng)，不僅能增加玻璃幕墻的裝飾性效果，更能在一定程度上降低太陽光輻射對室內(nèi)溫度的影響。在建筑玻璃幕墻工程項目中，遮陽系統(tǒng)可有多種形式，包括固定或活動遮陽、外或內(nèi)遮陽、中間遮陽等，在實際選取時應(yīng)綜合考慮形式和系數(shù)規(guī)定后進(jìn)行選取。

雙層幕墻又稱熱通道幕墻、節(jié)能幕墻等。由內(nèi)外兩層立面構(gòu)造組成，形成一個室內(nèi)外之間的空氣緩沖層。外層可由明框、隱框或點支式幕墻構(gòu)成；內(nèi)層可由明框、隱框幕墻或具有開啟扇和檢修通道的門窗組成，也可以在一個獨立支承結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置玻璃面層，形成空間距離較小的雙層立面構(gòu)造。

雙層玻璃幕墻技術(shù)能夠在保障采光合理的基礎(chǔ)上，利用節(jié)能技術(shù)達(dá)到節(jié)能目的。雙層玻璃幕墻能夠使建筑外層較快適應(yīng)自然的天氣變化，從而在一定程度提高幕墻的保溫隔熱性能；提高室內(nèi)的隔聲性能，達(dá)到隔聲降噪的作用；中間層能夠建立空氣流通性，使其更好地通風(fēng)換氣，提高人們生活的舒適度。

3.1.3 光電技術(shù)

光電幕墻是現(xiàn)代玻璃幕墻的一種新技術(shù)、生態(tài)建材，也是未來幕墻行業(yè)的新發(fā)展、新趨勢。光電玻璃幕墻是將太陽能轉(zhuǎn)換硅片密封或鑲嵌于兩片玻璃之間，充分利用太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，可以稱為太陽能光電幕墻BIPV。這種技術(shù)即建筑一體化光伏，與建筑物同時設(shè)計、同時施工和安裝，也稱為“構(gòu)建型”和“建材型”建筑光伏。

在公共建筑中，BIPV是實現(xiàn)“低能耗”、“零能耗”、綠建目標(biāo)的有效途徑。雖在中國起步較晚，但在國際上早已盛行，中國開展的“光明工程”將掀起中國的節(jié)能環(huán)保生態(tài)建材的開發(fā)應(yīng)用熱潮，大大促進(jìn)了光伏建材產(chǎn)品的發(fā)展及推廣應(yīng)用[4]。

3.2 針對存在問題的應(yīng)用對策

當(dāng)今，中國已出臺玻璃幕墻相關(guān)的節(jié)能規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，幕墻行業(yè)也十分注重節(jié)能性設(shè)計，并已有一定的節(jié)能型玻璃幕墻新技術(shù)。但從公共建筑中大部分已落地的大型玻璃幕墻建筑來看，在構(gòu)造中采用節(jié)能技術(shù)的項目并不多，未來大面積的玻璃幕墻將引發(fā)一系列問題，并對環(huán)境造成一定的影響。因此，中國節(jié)能玻璃幕墻仍存在諸多問題。

3.2.1 設(shè)計與施工同步

玻璃幕墻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用需要各專業(yè)領(lǐng)域相互配合，但在中國大部分建筑幕墻項目中，設(shè)計與施工沒有很好的聯(lián)系，設(shè)計師完成前期的設(shè)計，沒有充分考慮在施工過程中出現(xiàn)的實際問題，導(dǎo)致最后不能達(dá)到預(yù)期的效果。因此，在設(shè)計時要明確各項指標(biāo)，幕墻公司應(yīng)與建筑設(shè)計施工單位一起跟進(jìn)、完成整個設(shè)計、施工工作。

3.2.2 實時合理設(shè)計

中國地域性特征比較顯著——北方冬天較冷，對幕墻保溫性要求較高，需要做特別的保溫設(shè)計；南方冬天較暖，夏天氣溫較高，對幕墻的隔熱性要求會較高，需要做特別的隔熱設(shè)計。為降低玻璃幕墻的能耗，除了所處環(huán)境的地域特征，前期設(shè)計還應(yīng)對當(dāng)?shù)啬粔α⒚娴奶柟庹丈淝闆r等進(jìn)行調(diào)研，并對其光反射情況進(jìn)行分析與計算，根據(jù)實際需求進(jìn)行實時綠色節(jié)能設(shè)計，設(shè)計出最合理的結(jié)構(gòu)。

3.2.3 節(jié)能選材

在選用材料時，如使用不當(dāng)，容易導(dǎo)致光污染問題，因此應(yīng)綜合考慮材料的熱傳導(dǎo)性能，盡量選取隔熱性能好、熱反射玻璃等最適合的材料。

3.2.4 遮陽節(jié)能

玻璃幕墻表面熱透射率較高，對室內(nèi)環(huán)境的溫度影響較大，尤其是在夏季，如果沒有遮陽處理，室內(nèi)溫度會較高，從而增大空調(diào)壓力。因此，在玻璃幕墻上應(yīng)設(shè)置遮陽系統(tǒng)，尤其是在南方地區(qū)，夏季較熱，遮陽能夠減少陽光直射，從而達(dá)到較好的節(jié)能效果[5]。

另外，替代傳統(tǒng)遮陽節(jié)能的新技術(shù)是利用取之不盡、用之不竭的太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)化為可用能源是當(dāng)前乃至未來建筑領(lǐng)域研究的趨勢。太陽光可以通過幕墻進(jìn)行反射，將太陽能轉(zhuǎn)化為照明，有效降低室內(nèi)溫度，達(dá)到低能耗，并降低照明成本。但從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，太陽能陰天轉(zhuǎn)換率不高，且費(fèi)用相對較昂貴，還需要深入研究，使其達(dá)到更高的利用率。

4 結(jié)語

中國屬于能源消耗大國，每年有數(shù)百萬平方米的幕墻投入使用，并以每年10%的速度繼續(xù)增長。為積極響應(yīng)國家節(jié)能政策與要求，建筑行業(yè)在玻璃幕墻設(shè)計中越來越注重節(jié)能環(huán)保的設(shè)計。材質(zhì)的選取對節(jié)能玻璃幕墻有重要的影響，目前，低輻射LOW-E玻璃材質(zhì)是使用較多的節(jié)能玻璃幕墻材質(zhì)；降低能耗是節(jié)能玻璃幕墻研究的目標(biāo)，充分利用取之不盡的太陽能是最理想的節(jié)能方式，雖然太陽能光電幕墻存在一定問題，但仍是節(jié)能幕墻未來的發(fā)展趨勢。面對全球人類的資源短缺，國家非常重視綠色節(jié)能，并已出臺各項節(jié)能政策。相信在未來，玻璃幕墻設(shè)計在能夠滿足建筑功能、建筑美觀的基礎(chǔ)上，更注重建筑節(jié)能方面的設(shè)計，從而進(jìn)一步促進(jìn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。